[发明专利]复合翼型件

说明书

技术领域

[0001]本发明一般地涉及涡轮机械。具体地，本发明涉及具有由不同材料制成的构件的涡轮机械翼型件(airfoil)。

背景技术

[0002]涡轮机可采用多种形式或用于各种用途。这些形式和用途可包括用于发电的蒸气涡轮机、用于发电的燃气涡轮机、用于飞机推进的燃气涡轮机以及用于发电的风力涡轮机。

[0003]在燃气涡轮机中，典型地有许多旋转叶片和固定导叶(vane)。叶片和导叶布置成交错圆周排列，该排列沿涡轮机纵向地隔开。各叶片和导叶包括附连到安装部分上的翼型件部分。

[0004]传统的燃气或蒸气涡轮机叶片或导叶设计典型地使其翼型件部分完全由例如钛、铝或不锈钢等金属的合金制成。传统的燃气或蒸汽涡轮机压缩器叶片或导叶设计也可完全由如纤维增强塑性材料的复合材料制成。全金属叶片在重量上相对重一些，这导致低的燃烧效率并需要坚硬的安装部分。在燃气涡轮机应用中，更轻的全复合材料叶片容易受外来物体侵入造成的损坏和磨损的影响。

[0005]已知的混合叶片包括复合翼型件部分，其具有金属前缘以保护翼型件免受外来物体侵入造成的磨损和影响。燃气涡轮机第一级叶片典型地为最大最重的叶片，并且通常首先受到外来物体侵入的影响。复合材料叶片典型地在重量为首要考虑因素的涡轮机应用中使用。

[0006]在典型的燃气涡轮机翼型件中，整体的几何形状在结构和空气动力学需要之间折衷。承受由于外来物体侵入造成的损坏的结构需要和性能与对空气动力学性能进行优化的翼型件几何形状直接抵触。例如，空气动力学需要的翼型件相对薄且具有相对尖锐的前缘。然而，结构需要的翼型件相对厚且具有相对坚硬的前缘。最终设计典型地是相对立的结构和空气动力学需要之间的折衷，且两方面都不是最优的。

[0007]当前的全金属翼型件制造方法需要对翼型件进行研磨和手工抛光来获得需要的几何形状。抛光操作是为了获得苛刻的尺寸规格和表面精整的劳动力密集型操作。这需要使用易于加工和抛光的材料来使成本最小。这典型地限制了材料的选择并增加了制造的成本。

[0008]在燃气涡轮发电机的工作过程中，尘土和碎屑在翼型件表面上积聚导致设计性能的损失。典型地用水冲洗来除去这些积聚的尘土和碎屑。此类冲洗可腐蚀并侵蚀翼型件的金属材料。压缩机末梢间隙典型地没有对预先排除转子叶片末梢在外壳上摩擦或定子叶片末梢在转子上摩擦的机率而进行优化。

[0009]因此，燃气涡轮机叶片需要改进的涡轮机翼型件，其重量轻于全金属翼型件，具有所需的结构和空气动力学性能，能承受外来物体侵入，成本合理，而且能抵抗腐蚀和侵蚀。

发明内容

[0010]根据本发明的一个方面的涡轮机构件包括附连到涡轮机构件上的安装结构。芯部附连到安装结构上。芯部由结构材料制成。塑性材料翼型件部包围至少一部分芯部。

[0011]本发明的另一个方面为涡轮机构件，其包括附连到涡轮机构件上的安装结构。芯部附连到该安装结构上。该芯部由结构材料制成并在芯部中具有至少一个孔隙。翼型件部分包围至少一部分芯部。该翼型件部分由至少部分延伸进入芯部中的孔隙的塑性材料制成。

[0012]本发明的另一个方面为用于燃气涡轮机的构件，该燃气涡轮机具有多个压缩机和涡轮机级。该构件包括将该构件附连到燃气涡轮机结构上的安装结构。芯部一体化成形为以具有安装结构的整体。芯部由从金属和陶瓷的组中选取的材料制成且具有多个穿过芯部延伸的孔隙。翼型件包围整个芯部。该翼型件由至少部分地延伸进入芯部中的孔隙的注模成型塑性材料制成。

附图说明

[0013]本发明的这些和其它特征、方面和优点在参照附图阅读下列说明时将更好理解，其中：

[0014]图1为根据本发明的一个方面的复合翼型件的立体图，且内部构件由虚线表示；

[0015]图2为图1中所示的复合翼型件的分解图；以及

[0016]图3为大约沿图1的线3-3所取的图1的复合翼型件截面视图。

部件清单